可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置及其制备方法，所述磁传感装置包括磁性材料层、电极层、导磁单元；所述磁性材料层包括若干磁性材料单元，电极层包括若干列电极组，每组电极组包括若干第一电极，磁性材料单元上排列对应的电极组；所述第一电极靠近导磁单元设置，所述第一电极的宽度小于与该电极对应的磁性材料单元宽度的70％，减少磁性材料单元远离导磁单元一侧的电流密度；所述第二电极对分别设置在远离和靠近导磁单元的两侧，用以将远离导磁单元一侧的无效电流收集到靠近导磁单元一侧，使得靠近导磁单元的有效区域内的电流密度得到提高，从而增强Z轴传感器的灵敏度，提升磁传感器的性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术揭示了一种可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置及其制备方法，所述磁传感装置包括磁性材料层、电极层、导磁单元；所述磁性材料层包括若干磁性材料单元，电极层包括若干列电极组，每组电极组包括若干第一电极，磁性材料单元上排列对应的电极组；所述第一电极靠近导磁单元设置，所述第一电极的宽度小于与该电极对应的磁性材料单元宽度的70％，减少磁性材料单元远离导磁单元一侧的电流密度；所述第二电极对分别设置在远离和靠近导磁单元的两侧，用以将远离导磁单元一侧的无效电流收集到靠近导磁单元一侧，使得靠近导磁单元的有效区域内的电流密度得到提高，从而增强Z轴传感器的灵敏度，提升磁传感器的性能。【专利说明】可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置及其制备方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种可提高Z轴方 向磁感应强度的磁传感装置；同时，本专利技术还涉及一种磁传感装置的制备方法。
技术介绍
磁传感器按照其原理，可以分为以下几类：霍尔元件，磁敏二极管，各项异性磁阻 元件（AMR)，隧道结磁阻（TMR)元件及巨磁阻（GMR)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计 等。 电子罗盘是磁传感器的重要应用领域之一，随着近年来消费电子的迅猛发展，除 了导航系统之外，还有越来越多的智能手机和平板电脑也开始标配电子罗盘，给用户带来 很大的应用便利，近年来，磁传感器的需求也开始从两轴向三轴发展。两轴的磁传感器，即 平面磁传感器，可以用来测量平面上的磁场强度和方向，可以用X和Y轴两个方向来表示。 以下介绍现有磁传感器的工作原理。磁传感器采用各向异性磁致电阻 (Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体 结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。 在制造、应用过程中，将一个强磁场加在AMR单元上使其在某一方向上磁化，建立 起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以 线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈459角倾斜排列，电流从这些导线和AMR材料上 流过，如图2所示；由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有459的 夹角。 当存在外界磁场Ha时，AMR单元上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方 向，那么磁场方向M和电流I的夹角Θ也会发生变化，如图3所示。对于AMR材料来说，Θ 角的变化会引起AMR自身阻值的变化，如图4所示。 通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场。在实际的应用中，为了提高 器件的灵敏度等，磁传感器可利用惠斯通电桥或半电桥检测AMR阻值的变化，如图5所示。 R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加AR 而R3/R4减少AR。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时， 电桥的输出为一个微小的电压AV。 目前的三轴传感器是将一个平面（X、Y两轴）传感部件与Z方向的磁传感部件进 行系统级封装组合在一起，以实现三轴传感的功能；也就是说需要将平面传感部件及Z方 向磁传感部件分别设置于两个圆晶或芯片上，最后通过封装连接在一起。目前，在单圆晶/ 芯片上无法同时实现三轴传感器的制造。 本 申请人:于2012年12月申请了名称为《一种磁传感装置及其磁感应方法、制备 工艺》的中国专利，专利号CN201210563667. 3。该方案中，电极102'铺设于磁性材料层上， 电极的高度与对应磁性材料单元（磁性材料层包括若干磁性材料单元）的宽度接近（超过 90%)。此时，如图6A所示，磁传感器感应单元101'中的电流密度主要集中在中间区域， 而对提升Z轴灵敏度非常重要的底部区域（由于这里需要感应沟槽内的导磁单元输出的信 号，从而产生Z轴的感应）的电流密度却很小，从而影响磁传感装置的性能。此外，图6B显 示了电极对中间电流角度偏转的模拟结果。在AMR传感器的应用中，如图4所示，在45度 前后的dR/R数值变化比较线性，因此较为适合传感器的应用，故，在AMR传感器的应用中， 电极对与磁材料的相交角度设定在45度左右，为了阐述方便，本案中即以45度作为说明， 然而此角度可以根据实际的需求进行设定，并不能限定本案的范围。图6B显示的是AMR应 用中，电流在电极对中偏转角度的分步，很显然，产生45度左右偏转的电流是有效电流，而 与45度设定角度偏差较大的电流密度对于传感器没有太大的作用。前面已经阐述，靠近导 磁单元一侧的电流密度对于Z轴的传感器具有举足轻重的作用，而根据图6B，靠近导磁单 元一侧的电流有相当大一部分偏转远离45度的设定角度，因此有相当一部分电流属于无 效的电流，对于传感器灵敏度没有帮助，如果能够充分利用此部分电流，对于提升传感器的 性能很有帮助。 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置，以便克服现有结构的上述缺 陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装 置，可增加设定区域的电流密度，从而提高磁传感器的性能。 此外，本专利技术还提供一种上述磁传感装置的制备方法，可增加磁传感装置设定区 域的电流密度，从而提高磁传感器的性能。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： -种可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置，所述磁传感装置包括：磁性材料 层、电极层、导磁单元； 所述磁性材料层包括若干磁性材料单元，电极层包括若干列电极组，每组电极组 包括若干第一电极，磁性材料单元上排列对应的电极组； 所述第一电极靠近导磁单元设置，所述第一电极的高度小于与该电极对应的磁性 材料单元宽度的70%，减少磁性材料单元远离导磁单元一侧的电流，将远离导磁单元一侧 的无效电流收集到靠近导磁单元一侧，使得靠近导磁单元的有效区域内的电流密度得到提 高，从而增强Z轴传感器的灵敏度。 作为本专利技术的一种优选方案，所述磁性材料单元上设有若干平行排列的第三电 极； 所述第三电极设置于两个相邻的第一电极之间；两个相邻的第一电极之间设有一 个以上第三电极； 所述第一电极、第三电极均靠近磁性材料单元的第一侧设置，即靠近导磁单元的 一侧设置； 所述第三电极用以将远离导磁单元一侧的无效电流收集到靠近导磁单元一侧，增 加有效电流。 作为本专利技术的一种优选方案，所述磁性材料单元上还设有若干平行排列的第二电 极； 第二电极设置于第一电极的一侧，靠近磁性材料单元的第二侧设置，即设置于远 离导磁单元的一侧； 所述第二电极用以收集第一电极靠近磁性材料单元的第二侧处的电流，而后将收 集到的电流输送至对应的两个第一电极之间。 作为本专利技术的一种优选方案，所述磁性材料单元上设有若干平行排列的第三电 极； 所述第三电极设置于两个相邻的第一电极之间；两个相邻的第一电极之间设有一 个以上第三电极； 所述第一电极、第三电极均靠近磁性材料单元的第一侧设置，即靠近导磁单元的 一侧设置； 所述第三电极用以收集第二电极输送的电流，而后将电流输送至对应的第一电 极； 所述第三电极还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高Z轴方向磁感应强度的磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括：磁性材料层、电极层、导磁单元；所述磁性材料层包括若干磁性材料单元，电极层包括若干列电极组，每组电极组包括若干第一电极，磁性材料单元上排列对应的电极组；所述第一电极靠近导磁单元设置，所述第一电极的宽度小于与该电极对应的磁性材料单元宽度的70％，减少磁性材料单元远离导磁单元一侧的电流密度，将远离导磁单元一侧的无效电流收集到靠近导磁单元一侧，使得靠近导磁单元的有效区域内的电流密度得到提高，从而增强Z轴传感器的灵敏度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张开明，张挺，
申请(专利权)人：上海矽睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31